Ce travail de thèse a porté sur l’étude des méthodes de traitement des sédiments de dragage en vue de leur remédiation et leur valorisation : la méthode électrocinétique et la méthode solidification/stabilisation. Deux dispositifs expérimentaux (à deux échelles différentes) ont été développés et une série d’essais électrocinétiques ont été effectués sous différentes conditions (valeurs du potentiel électrique, système ouvert/fermé, solutions d’électrolyte : EDTA, EDDS, NTA et Acide citrique). Chaque chélatant fournit une efficacité d’extraction sur un métal donné. Les résultats obtenus montrent que le contrôle de pH à la cathode par l’acide citrique et l’ajout d’un tensio-actif (Tween 20) peuvent augmenter l’effet de remédiation des métaux. Par ailleurs, lorsque le système est fermé, l’efficacité d’électroremédiation est plus élevée. Les abattements obtenus pour les métaux dans la matrice des sédiments sous des conditions optimales peuvent atteindre 60 %. Pour ce qui est de la solidification/stabilisation, plusieurs formulations (de chaux, de ciment et de fumée de silice) associées au sédiment ont été testées dans le but de reconstituer un matériau résistant et durable dans l’objectif de son utilisation dans les remblais routiers. Les éprouvettes de sédiment traitées ont été soumises à des conditions sévères de température et d’humidité. Des essais de lixiviation ont été effectués sur le matériau obtenu afin de déterminer la capacité des formulations à stabiliser les éléments polluants contenus dans le sédiment. Les résultats obtenus avec 12 différentes formulations ont montré que la résistance requise est obtenue avec des proportions raisonnables d’ajouts, tandis que l’exigence de durabilité nécessite une plus grande proportion de chaux. / This thesis research is devoted to investigate the treatment methods of dredged sediments in order their restoration and valorisation: electroremediation and solidification/stabilization. Two experimental set-up (at two different scales) have been designed and a series of tests were performed under different conditions (electric potential values, opened/closed system, electrolyte solutions: EDTA, EDDS, NTA and Citric Acid). Each chelating agent provides an extraction efficiency for a given metal. The obtained results show that the pH control at the cathode by citric acid and its combinations with a surfactant (Tween 20) can increase the metal removal effect. Moreover, under closed system condition, metal removal efficiency became stronger. The obtained metal removals values within the matrix of sediment under optimal conditions can reach 60%. As regard to the solidification/stabilization, serval formulations (of lime, cement and silica fume) associated to the sediment were tested in order to create a resistant and sustainable material forwarding to be used as a road embankments. The specimens of treated sediment were submitted to severe conditions of temperature and wettability. Leaching tests were carried out on the obtained material in order to assess a capability of used formulations to stabilize pollutant elements contained in the sediment. The obtained results from 12 different formulations showed that the required resistance is obtained with the reasonable proportions of binders, while the sustainability requirement need higher lime content in the formulation.

Les Evénements Océaniques Anoxiques (OAE) sont des événements extrêmes qui se sont pro- duits majoritairement durant le Crétacé et qui sont caractérisés par un enfouissement massif et brutal de carbone organique. Ces événements ont été très étudiés durant ces 40 dernières années mais aucun consensus n’a été atteint quand aux processus à l’origine de leur déclenchement. Pour tenter de répondre aux questions encore en suspens, nous avons réalisé une étude géochimique approfondie (éléments majeurs et traces, compositions isotopiques en Nd et Hf) des différentes fractions (détritiques et authigènes) de sédiments marins déposés lors de l’événement océanique anoxique associé à la limite Cénomanien-Turonien (OAE2, 93.5Ma). Les deux sections étudiées représentent différents environnements de dépôt : un environnement peu profond et proche des sources continentales (Taghazoute, Maroc) et un environnement marin profond, loin des côtes (DSDP Site 367, Cap-Vert).A l’approche de l’OAE2, les compositions isotopiques du Nd et de l’Hf ne présentent que peu de variations. Ces observations reflètent une absence de changement dans le régime d’érosion continentale en amont des deux sections étudiées. Notre étude diverge du scenario proposant qu’un fort apport de nutriments résultant d’une altération continentale accrue soit à l’origine des OAEs. En revanche, les variations isotopiques (Nd) mesurées dans les fractions authigènes du Site 367, interprétées comme reflétant la composition océanique passée, supportent l’idée d’une contribution magmatique dans l’Océan Atlantique durant l’OAE2. Ces nouveaux résultats sont cohérents avec de précédentes études et confortent le rôle des grandes provinces magmatiques (plateau des Caraïbes) dans l’eutrophisation des océans qui précède les événements anoxiques.En outre, l’étude combinée des terres rares (REE) et des compositions isotopiques (Nd) de fractions authigènes obtenues par extraction chimique (leaching) démontre l’incorporation de matériel détritique dans ces fractions en milieu peu profond. Ces nouvelles observations questionnent l’idée que toute fraction authigène enregistre une composition chimique océanique pure. Enfin, l’étude complète des concentrations en éléments traces de ces mêmes fractions souligne le rôle important de la lithologie des sédiments sur la composition des leachates. Cette étude questionne également l’utilisation de certaines méthodes de leaching qui semblent favoriser l’extraction de phases détritiques externes lorsque les sédiments sont soumis à des étapes de leaching répétées. / Oceanic Anoxic Events (OAE) are brief and extreme events that mostly occurred during the Cretaceous and are defined by the burial of massive amounts of organic carbon. These events have been intensely investigated in the last 40 years but the mechanism that triggered OAEs remains problematic. In order to better constrain what causes these events, we realised a complete geochemical study (major and trace elements, isotopic compositions of Nf and Hf) of various sedimentary fractions (detrital and authigenic) for marine sediments associated with the Cenomanian-Turonian boundary event or OAE2 (93.5 Ma). We focused our study on two marine sections that represent different depositional settings : a shallow marine setting, close to the continental shelf (Taghazoute, Morocco) and a abyssal marine section (DSDP Site 367, Cape-Verde), far from the African shelf.The remarkable stability of the Nd-Hf decoupling in both sections indicates no obvious change of continental weathering approaching OAE2. Our conclusions diverge from the hypothesis that proposes an higher nutrient input through an enhanced continental weathering as a triggering mechanism of OAEs. However, Nd isotopic compositions of authigenic fractions measured at Site 367, interpreted as past oceanic composition, exhibit a positive isotopic excursion and indicate a magmatic contribution in the deep Atlantic Ocean during OAE2. These new data are consistent with previous isotopic studies and support the role of Large Igneous Province (in our case, the Caribbean Plateau) as nutrient provider and triggering mechanism of anoxic events.The combined study of rare earth elements (REE) and Nd isotopic compositions of authigenic fractions recovered by leaching demonstrates the incorporation of detrital material in authigenic fractions in shallow marine settings. These new results challenge the traditional belief that authigenic material always records an untouched seawater composition. Finally, the extensive study of trace element concentrations of these same fractions demonstrated the strong impact of sample lithology on their trace element content. Our study also questions the relevance of sequential leaching methods that facilitate external contamination when sediments are submitted to repeated leaching steps.

This research was conducted in order to evaluate natural trace element (TE) contents and anthropogenic contamination in soils and vegetables in Chenggong County (Yunnan Province, China). In this way, trace element contents in soils have been analysed to assess TE contamination in soils and vegetables, and transfer of TE from soil to vegetables. Agricultural practises have been proposed to amend the quality of vegetables. We identified three geomorphopedological units: lacustrine unit, transition unit and mountain unit.  In the mountain unit, soil texture is clay more often from the weathering of limestone and marlstone. Soil colour is red or reddish brown with acid reaction.  In the transition unit, soil texture is loamy clay. Soil colour is red-brown with acid reaction.  In the lacustrine unit, soil texture mainly is sandy developed from lacustrine-alluvial deposits. Soil colour is brown and is slightly acid. Total TE contents in the topsoil are higher than usual and even Kunming Prefecture soil. TE contents indicate a high contaminated level when considered globally. Pb, Cd and Zn present however individually low contaminated levels, and Cu presents a medium contaminated level. TE contents decrease from northeast to southwest, which is consistent with the elevation gradient. Significant differences of TE contents are observed according to distance from Chenggong town in the lacustrine unit and with distance from the mountain in the transition unit. TE accumulation is usually observed along roads. TE contents in subsoil are related to soil colour, texture, parent materials and mottles. Accumulation of Pb and Zn in topsoil and of Cu and Cd in subsoil are observed. The highest contents are observed for Pb in cauliflower, Cd in lettuce and Chinese cabbage, and Cu and Zn in pea. The order of TE accumulation in plants varies according to the plant species and organ. According to relations between TE contents in Chinese cabbage and extraction sequential fractions of TE in soils, different soil fractions are suggested as soil assessment indicators. Lime and pig manure have been applied to modify the soil pH and to decrease the mobility of TE in situ. With increasing in lime rate and pH, contents of acetic-acid extractable TE fractions in soil decrease. Enrichment coefficients related to TE availability (AEC) of Pb and Cu are stable and are not changed by lime or pig manure. AEC of Cd and Zn which are high in low pH, decrease with increased pH and application rates of lime and pig manure. When application rates of lime and pig manure increase, TE contents in Chinese cabbage decrease and biomass of Chinese cabbage increases. Application rates of lime and pig manure are recommended, but their quality should also be taken into account. / Cette recherche a pour objet l'étude de la teneur naturelle en éléments traces métalliques (ET) et de la contamination anthropique des sols et des productions légumières dans le Comté de Chenggong (Province du Yunnan, RP de Chine). Pour cela, la variabilité des teneurs en fonction des conditions géomorphopédologiques a été analysée, ainsi que les transferts des ET du sol vers les végétaux. Cette approche a permis ensuite d'aborder l'évaluation de la qualité des sols et des légumes, puis de proposer des pratiques agricoles alternatives dans le but d'améliorer la qualité des légumes produits. La zone d'étude a été divisée en 3 unités géomorphopédologiques: unité de montagne où les sols brun rouge à rouge résultent notamment de l'altération de calcaires et de marnes. Une texture argileuse et une réaction acide dominent. unité de piedmont (dite de transition) où les sols de couleur jaune clair à jaune rougeâtre résultent principalement de l'altération de grès et de shales. Une texture limono-argileuse en surface et argileuse en profondeur, ainsi quune réaction acide dominent. unité lacustre, à proximité du Dianchi Lake, dont les sols de couleur brun foncé sont essentiellement développés à partir de sédiments lacustres. Une texture sableuse domine en surface, ainsi qu'une réaction faiblement acide à neutre. Les teneurs en ET rencontrées en surface des sols de la zone d'étude sont plus élevées que les teneurs moyennes observées dans les sols du monde ou même de la préfecture de Kunming. Evaluées séparément pour chaque ET, les teneurs rencontrées correspondent à des niveaux de contamination jugés faibles pour Pb, Cd et Zn, moyen pour Cu. Considérées simultanément, ces teneurs permettent de déterminer un indice de contamination global correspondant à un niveau de contamination élevé. Les teneurs en ET décroissent globalement du nord-est vers le sud-ouest, suivant le gradient d'altitude. Ces teneurs varient également de façon significative en fonction de l'éloignement de la montagne dans l'unité de transition et de l'éloignement de l'agglomération de Chenggong dans l'unité lacustre . Une accumulation en ET est souvent observée le long des routes. Dans le sous-sol, les teneurs en ET sont liées à la couleur, à la texture, au matériau parental, et aux marques d'altération. Les teneurs sont plus élevées en surface pour Pb et Zn, et en profondeur pour Cu et Cd. Les teneurs les plus élevées pour Pb sont observées dans le chou-fleur, pour Cd dans la laitue et le chou chinois, pour Cu et Zn dans le pois.L'ordre d'accumulation des ET dans la plante dépend de l'espèce et de l'organe considérés. En fonction des corrélations observées entre les teneurs du chou chinois et les résultats obtenus avec différentes modalités d'extraction des ET du sol, des indicateurs d'évaluation de la qualité du sol ont été proposés. Un amendement carbonaté et du fumier de porc ont été épandus afin de réduire in situ la mobilité des ET. L'augmentation de l'apport d'amendement carbonaté permet d'augmenter le pH du sol et de diminuer la fraction extraite avec l'acide acétique dilué (AA) pour chaque élément. Les AEC, rapports teneur dans la plante : teneur dans le sol extractible à lAA, sont stables pour Pb et Cu et ne sont modifiés par aucun des 2 apports. Cependant, les AEC de Zn et de Cu, élevés quand le pH du sol est acide, diminuent si le pH devient plus alcalin, ainsi qu'avec les apports d'amendement carbonaté et de fumier de porc. Quand les apports d'amendement carbonaté et de fumier de porc augmentent, les teneurs en ET du chou chinois diminuent et sa biomasse augmente. Un épandage d'amendement carbonaté est donc recommandé. Cependant la plus grande attention doit être portée à la qualité des fumiers de porcs dont les teneurs en Zn et Cu ne sont pas négligeables.

L'étude des apports atmosphériques des éléments traces métalliques (ETM) dans la vallée d'Aspe (Pyrénées Atlantiques) a un double objectif : (1) établir un état de référence des contaminants métalliques pour le suivi des émissions du trafic routier liés à l'ouverture du tunnel du Somport et, (2) évaluer les sources et les conditions climatologiques qui contribuent aux apports des ETM dans la vallée d'Aspe. La détermination des ETM (Al, Na, Mg, K, V, Mn, Cr, Zn, Cu, Rb, Cd, Sn, Sb, Ba, Ce, Pb et U) et des rapports isotopiques du plomb (208Pb/206Pb, 206Pb/207Pb et 208Pb/207Pb) dans les récepteurs atmosphériques (neiges fraîches, dépôts humides, particules atmosphériques et lichens) a permis de mettre en place des indicateurs de la qualité de l'air. La quantification des ETM a nécessité la mise en oeuvre de protocoles de prélèvements et d'analyses ultra-traces. Les différents récepteurs atmosphériques étudiés permettent d'intégrer une échelle temporelle journalière à pluriannuelle et un gradient spatial dans l'axe Nord-sud de la vallée et en fonction de l'altitude.<br />La vallée d'Aspe présente un niveau de contamination spécifique des zones éloignées des émissions anthropiques et les contaminants métalliques identifiés sont le Cd, Sb, Zn, Cu, Pb et Sn. Dans sa partie basse, les indicateurs de la qualité de l'air présentent une contribution des contaminants (i) liée aux émissions locales des combustions domestiques, à la pratique saisonnière de l'écobuage et au trafic routier, et (ii) aux sources anthropiques régionales de l'incinération des déchets ménagers, de l'industries métallurgique et des centres urbains. Dans sa partie haute, la vallée est soumise significativement, d'une part, à l'érosion éolienne et, d'autre part, à la contribution des sources du transport à grande échelle de l'hémisphère Nord. La caractérisation des ETM et des rapports isotopiques du plomb dans le tunnel du Somport indique (i) que le trafic routier émet significativement du Cu, Sb, Zn et Ba et (ii) bien que Pb présente de faibles émissions sa composition isotopique montre une source faiblement radiogénique du trafic routier. Toutefois, la faible circulation des véhicules dans la vallée d'Aspe ne permet pas de mettre évidence une contamination significative provenant des émissions du trafic routier.

Le travail est axé sur l'accumulation d'éléments chimiques essentiels et non essentiels avec une attention particulière pour les parties des consommées, en lien avec la qualité sanitaire des produits alimentaires. Le travail de thèse est divisé en deux grandes parties. La première porte sur une expérimentation en plein champ où des plantes de blettes et de tomates ont été cultivées du stade plantules jusqu'à la maturité pendant 5 mois avec des pratiques agricoles conventionnelles ou biologiques. Les plantes ont été récoltées à 6 stades différents de croissance et nous avons déterminé la concentration des organes végétaux pour 27 éléments chimiques. L'objectif était d'étudier la répartition des éléments entre les organes en fonction de l'âge de la plante et des pratiques culturales.La seconde partie de la thèse a été consacrée à la compréhension et à la modélisation de la répartition du cadmium (Cd) chez le tournesol aux stades reproducteurs. Des plantes ont été cultivées du stade plantule jusqu'à la maturité, en solution nutritive avec une faible concentration en Cd cohérente avec les expositions aux champs. Durant la phase reproductive, cinq échantillonnages ont été effectués pour comprendre la répartition du Cd entre les organes ainsi que l'origine du Cd des graines (prélèvement racinaire versus remobilisation à partir d'autres organes). Au stade du bouton floral et pendant le remplissage des graines, le devenir du Cd récemment absorbé par les racines a été suivi et modélisé par traçage isotopique avec du 111Cd. Les rôles de la transpiration et de l'allométrie entre organes ont été plus particulièrement examinés. / This work is focuded on the accumulation of essential and non-essential elements, paying a special attention to the dible part of the plants, in terms of food safety and human health. The thesis work has been divided in two main parts. The first one is related to a field expeiment performed in open-air plots, where Swiss chards and tomato plants were grown from seedlings to maturity in a natural soil during five months, using organic or conventional agricultural practices. Plants were harvested at six different growth satges and the total concentrations of 27 elements were measured in all plants organs. The objective was to study the partitioning of elements between the plant organs, depending on the plant age on the cultivation practice. The second part of the thesis is devoted to the understanding and modelling of the partitioning of cadmium (Cd) in sunflowers at the reproductive stages. Sunflowers wre grown in nutrient solution at low Cd availability consistent with thaht found in the field, from germination toi maturity. During the reproductive period, five samplings were carried out to investigate the partitioning of the total Cd between plant organs and the origin of the Cd allocated to seeds (root uptake vs; remobilization from other plant organs). At the flower bud and grain filling stages, the partitioning of the Cd recently taken up between the different plant organs was followed and modelled by exposing several plants for the three days to a 111Cd enriched nutrient solution. The roles of the transpiration and of the plant allometry were specially investigated.